Java內存溢出的幾個區(qū)域總結(注意避坑!)

更新時間：2022年11月10日 10:55:35 作者：小熊學Java

內存溢出是指應用系統(tǒng)中存在無法回收的內存或使用的內存過多,最終使得程序運行要用到的內存大于虛擬機能提供的最大內存,下面這篇文章主要給大家介紹了關于Java內存溢出的幾個區(qū)域，總結出來給大家提醒注意避坑,需要的朋友可以參考下

前言

在開發(fā)過程中，時常會遇到內存溢出的問題，有可能是在生產環(huán)境，有的就在開發(fā)中，今天就聊一聊內存溢出。

存在內存的區(qū)域：

Java堆溢出
虛擬機棧和本地方法棧溢出
方法區(qū)和運行時常量池溢出
本機內存溢出

1、Java堆溢出

Java堆用于儲存對象實例，我們只要不斷地創(chuàng)建對象，并且保證GC Roots到對象之間有可達路徑來避免垃圾回收機制清除這些對象，那么隨著對象數量的增加，總容量觸及最大堆的容量限制后就會產生內存溢出異常。

1、案例創(chuàng)建

需要手動調節(jié)JVM參數，不然需要等很長時間：-Xms20m -Xmx20m

 public class JavaHeapDemo {
 
     static class OOMObject {
 
     }
     public static void main(String[] args) {
         List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
         //利用while循環(huán)不斷創(chuàng)建對象
         while (true) {
             list.add(new OOMObject());
         }
     }
 }

2、處理方法

常規(guī)的處理方法是首先通過內存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer）對Dump出來的堆轉儲快照進行分析

分清楚到底是出現了內存泄漏（Memory Leak）還是內存溢出（Memory Overflow）
內存泄漏：通過工具查看泄漏對象到GC Roots的引用鏈，找到泄漏對象是通過怎樣的引用路徑、與哪些GC Roots相關聯，才導致垃圾收集器無法回收它們，根據泄漏對象的類型信息以及它到GC Roots引用鏈的信息，一般可以比較準確地定位到這些對象創(chuàng)建的位置，進而找出產生內存泄漏的代碼的具體位置
內存溢出：檢查Java虛擬機的堆參數（-Xmx與-Xms）設置，與機器的內存對比，看看是否還有向上調整的空間。再從代碼上檢查是否存在某些對象生命周期過長、持有狀態(tài)時間過長、存儲結構設計不合理等情況，盡量減少程序運行期的內存消耗

2、虛擬機棧和本地方法棧溢出

關于虛擬機棧和本地方法棧，在《Java虛擬機規(guī)范》中描述了兩種異常：

如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的最大深度，將拋出StackOverflowError異常。
如果虛擬機的棧內存允許動態(tài)擴展，當擴展棧容量無法申請到足夠的內存時，將拋出OutOfMemoryError異常

《Java虛擬機規(guī)范》明確允許Java虛擬機實現自行選擇是否支持棧的動態(tài)擴展，而HotSpot虛擬機的選擇是不支持擴展，所以除非在創(chuàng)建

線程申請內存時就因無法獲得足夠內存而出現OutOfMemoryError異常，否則在線程運行時是不會因為擴展而導致內存溢出的，只會因為

棧容量無法容納新的棧幀而導致StackOverflowError異常

1、使用-Xss參數減少棧內存容量

 public class JavaVMStackSOF {
 
     private int stackLength = 1;
 
     public void stackLength() {
         stackLength++;
         //無限遞歸
         stackLength();
     }
 
     public static void main(String[] args) {
         JavaVMStackSOF sof = new JavaVMStackSOF();
         try {
             sof.stackLength();
         } catch (Throwable e) {
             System.out.println("stack length:" + sof.stackLength);
             throw e;
         }
     }
 }

這里可以通過指定參數-Xss128k，用來測試棧溢出的情況

3、方法區(qū)和運行時常量池溢出

HotSpot從JDK 7開始逐步“去永久代”的計劃，并在JDK 8中完全使用元空間來代替永久代的背景故事，使用“永久代”還是“元空間”來

實現方法區(qū)，對程序有什么實際的影響。

String::intern()是一個本地方法，它的作用是如果字符串常量池中已經包含一個等于此String對象的字符串，則返回代表池中這個字符串的

String對象的引用；否則，會將此String對象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String對象的引用。

這里測試需要JDK6：-XX:PermSize=6M -XX:MaxPermSize=6M

 public class RuntimeConstantPoolOOM {
 
     public static void main(String[] args) {
         // 使用Set保持著常量池引用，避免Full GC回收常量池行為
         Set<String> set = new HashSet<String>();
         // 在short范圍內足以讓6MB的PermSize產生OOM了
         short i = 0;
         while (true) {
             set.add(String.valueOf(i++).intern());
         }
     }
 }

JDK8模擬測試

 package jdk8;
 
 import java.io.File;
 import java.lang.management.ClassLoadingMXBean;
 import java.lang.management.ManagementFactory;
 import java.net.URL;
 import java.net.URLClassLoader;
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.List;
 
 /**
  *
  * @ClassName:OOMTest
  * @Description:模擬類加載溢出（元空間oom）
  * 為了快速溢出，設置參數：-XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=80m
  * @author diandian.zhang
  */
 public class OOMTest {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             //準備url
             URL url = new File("D:/58workplace/11study/src/main/java/jdk8").toURI().toURL();
             URL[] urls = {url};
             //獲取有關類型加載的JMX接口
             ClassLoadingMXBean loadingBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
             //用于緩存類加載器
             List<ClassLoader> classLoaders = new ArrayList<ClassLoader>();
             while (true) {
                 //加載類型并緩存類加載器實例
                 ClassLoader classLoader = new URLClassLoader(urls);
                 classLoaders.add(classLoader);
                 classLoader.loadClass("ClassA");
                 //顯示數量信息（共加載過的類型數目，當前還有效的類型數目，已經被卸載的類型數目）
                 System.out.println("total: " + loadingBean.getTotalLoadedClassCount());
                 System.out.println("active: " + loadingBean.getLoadedClassCount());
                 System.out.println("unloaded: " + loadingBean.getUnloadedClassCount());
             }
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }

方法區(qū)溢出也是一種常見的內存溢出異常，一個類如果要被垃圾收集器回收，要達成的條件是比較苛刻的。在經常運行時生成大量動態(tài)類的應用場景里，就應該特別關注這些類的回收狀況。這類場景除了之前提到的程序使用了CGLib字節(jié)碼增強和動態(tài)語言外，常見的還有：大量JSP或動態(tài)產生JSP文件的應用（JSP第一次運行時需要編譯為Java類）、基于OSGi的應用（即使是同一個類文件，被不同的加載器加載也會視為不同的類）等。

在JDK 8以后，永久代便完全退出了歷史舞臺，元空間作為其替代者登場。在默認設置下，前面列舉的那些正常的動態(tài)創(chuàng)建新類型的測試用例已經很難再迫使虛擬機產生方法區(qū)的溢出異常了。不過為了讓使用者有預防實際應用里出現類似于代碼清單2-9那樣的破壞性的操作，HotSpot還是提供了一些參數作為元空間的防御措施，主要包括：

-XX：MaxMetaspaceSize：設置元空間最大值，默認是-1，即不限制，或者說只受限于本地內存大小。
-XX：MetaspaceSize：指定元空間的初始空間大小，以字節(jié)為單位，達到該值就會觸發(fā)垃圾收集進行類型卸載，同時收集器會對該值進行調整：如果釋放了大量的空間，就適當降低該值；如果釋放了很少的空間，那么在不超過-XX：MaxMetaspaceSize（如果設置了的話）的情況下，適當提高該值。
-XX：MinMetaspaceFreeRatio：作用是在垃圾收集之后控制最小的元空間剩余容量的百分比，可減少因為元空間不足導致的垃圾收集的頻率。類似的還有-XX：Max-MetaspaceFreeRatio，用于控制最大的元空間剩余容量的百分比。

4、本機直接內存溢出

直接內存（Direct Memory）的容量大小可通過-XX：MaxDirectMemorySize參數來指定，如果不去指定，則默認與Java堆最大值（由-Xmx指定）一致。

JVM參數：-Xmx20M -XX:MaxDirectMemorySize=10M

 public class DirectMemoryOOM {
     private static final int _1MB = 1024 * 1024;
     
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
         unsafeField.setAccessible(true);
         Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
         while (true) {
             unsafe.allocateMemory(_1MB);
         }
     }
 }